第十章强迫对流

10-5强迫对流换热

ForcedConvectionheattransfer

—管内流动Internal

—外部流动External管内流动换热器的管侧流体流动与换热轮机叶片内的冷却流道内的流体流动与换热等…外部流动换热器的壳侧流体流动与换热轮机叶片表面的流体流动与换热等…10-5-1

管内强迫对流换热我们已掌握……边界层理论,N-S方程组我们接下来要做什么:建立管内流动对流换热特征数关联式ro1、管内流动的流态

层流： 过渡区： 湍流：2、入口段与充分发展段

流动入口段与充分发展段对于管内等温层流，流动充分发展段具有以下特征：(a)沿轴向的速度不变，其它方向的速度为零；(b)圆管横截面上的速度分布为抛物线形分布；(c)沿流动方向的压力梯度不变，阻力系数f为常数l—管长；d—管内径流动进口段长度：热入口段与充分发展段:进口段边界层沿x方向由薄变厚，hx由大变小，对流换热逐渐减弱。入口段的热边界层薄，表面传热系数比充分发展段高。热入口段长度:层流湍流热充分发展段的特征：在壁面处，

对于常物性流体，由上式可得hx为常数。这一结论对于管内层流和湍流、等壁温和常热流边界条件都适用边界条件: 1、第一类：常壁温 2、第二类：常热流牛顿冷却公式中

tf——流体特征温度

对常热流边界条件

平均温差:(1)对长管（入口段可忽略）的充分发展段，采用管子出口处流体温差(2)对于短管，入口段不可忽略，可近似取进出口温差的算术平均值

对常壁温条件

入口出口对数平均温差管内层流充分发展段的对流换热系数

续表

定性温度为流体的平均温度（要按壁面温度查取），定性长度为管子内径，应用于常壁温的条件应用条件管内层流入口段

Sieder-Tateequation齐德－泰特公式:管内湍流换热

Dittus-boelterequation迪贝斯－贝尔特公式：加热

，冷却

。定性温度为流体的平均温度，定性长度为管子内径，用于常壁温的条件应用条件

此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场合。对于温差相差较大的情况:（1）Dittus-boelter修正式加热气体，冷却气体，液体:加热冷却（2）Sieder-Tate公式：

应用条件（3）米海耶夫公式：

由于流体温度不均匀带来的管内速度分布的畸变修正系数如果管内流道为非圆形，当量直径Hydraulicdiameter

Ac为流道截面面积.P为流体湿润周边长度.

弯管——强化换热

液体气体入口,Entranceregion

foredgeentrance

当Pr<0.6,如液态金属常热流常壁温强化管内湍流换热的措施将式10-58展开（取n=0.4，加热）可见，当流体种类确定后，设计中能改变的只有流速和管径。h与流速的0.8次方成正比，提高流速对强化换热非常显著。h与管径的0.2次方成反比，采用小管径也是强化换热的一种措施，但效果不及提高流速显著。这些措施都会同时增加流动阻力，流速的影响也最大10-5-2外部流动的对流换热外掠平壁外掠圆管外掠管束内部流动与外部流动的区别外部流动:

边界层自由发展，无约束内部流动:

边界层发展受约束，在充分发展段汇合1、外掠平壁当Pr>0.6对流换热系数特征数关联式热边界层厚度对于第二类边界.当l>xc

，为层流和湍流并存的情况：平均对流换热系数hm:临界雷诺数，则2、外掠圆管和管束压力降低压力升高驻点脱体点尾迹边界层过渡湍流时，边界层内流体动量更大，脱体扰动也更强烈外掠单管时的对流换热对流换热系数特征数关联式由试验得到局部Nu平均Nu通常，我们关心的是在整个表面的平均NuZhukauskas

公式定性温度：主流区温度t∞,Prw

：壁温下查取.C,n——表10-2m：Pr>10，m=0.36;Pr≤10,m=0.37或,式中：C及n的值见下表；定性温度为特征长度为管外径；数的特征速度为来流速度实验验证范围：℃，℃。对非圆柱物体上述公式对于实验数据一般需要分段整理。邱吉尔与朋斯登对流体横向外掠单管提出了以下在整个实验范围内都能适用的准则式。

式中：定性温度为适用于的情形。外掠管束的对流换热通常为交叉流管束排列可分为顺排和叉排描述管束排布的参数包括：管子直径D,横向间距S1，纵向间距S2

C,m——表10-3εn——表10-4定性温度：管束进出口流体平均温度例题：在一锅炉中，烟气横掠4排管组成的顺管束，已知管外径d＝60mm，s1/d=2,s2/d=2,烟气平均温度tf=600℃,tw=120℃.